Сборник задач по астрономии (стр. 5 )

Задача 80. В пункте с географической широтой +50°32' полуденная высота Солнца 1 мая и 11 августа равнялась + 54°38', а 21 ноября и 21 января +19°29'. Определить экваториальные координаты Солнца в эти дни.

Задача 81. В истинный полдень 4 июня 1975 г. Солнце прошло в Одессе (φ = +46°29') на высоте +65°54', а за 13м44с до этого звезда Альдебаран (α Тельца) пересекла небесный меридиан на зенитном расстоянии, превышающем полуденное зенитное расстояние Солнца на 5°58'. Определить экваториальные координаты Солнца и звезды.

Задача 82. 28 октября 1975 г. в 13ч06м41с по декретному времени в пункте с λ = 4ч37м11с (n=5) и φ=+41°18' зенитное расстояние Солнца было 54°18'. За 45м45с (по звездному времени) до этого в верхней кульминации находилась звезда Спика (α Девы), а через 51м39с после нее — звезда Арктур (α Волопаса) на высоте +68°01'ю. Определить экваториальные координаты Солнца и Арктура. Уравнение времени в этот день было — 16м08с.

Задача 83. Найти географическую широту местности, в которой звезды β Персея (δ = +40°46') и ε Большой Медведицы (δ = +56°14') в моменты верхней кульминации находятся на одинаковом зенитном расстоянии, но первая — к югу, а вторая — к северу от зенита.

Задача 84. В моменты верхней кульминации звезда α Гончих Псов со склонением +38°35' проходит в зените, звезда β Ориона — на 46°50' южнее, а звезда α Персея — на 11°06' севернее. На какой географической параллели проведены измерения и чему равно склонение указанных звезд?

Задача 85. В момент верхней кульминации Солнца средний хронометр показал 10ч28м30с, а при его показании 14ч48м52с был принят из Гринвича 12-часовой радиосигнал точного времени. Найти географическую долготу места наблюдения, если уравнение времени в этот день было +6м08с.

Задача 86. В момент верхней кульминации звезды ι Геркулеса на зенитном расстоянии в 2°14' к северу от зенита звездное гринвичское время было 23ч02м39с. Экваториальные координаты ι Геркулеса α=17ч38м03- и δ = +46°02', Определить географические координаты места наблюдения.

Задача 87. В момент показания звездного хронометра 18ч07м27с экспедиция приняла радиосигнал точного времени, переданный из Гринвича в 18ч0м0с по звездному гринвичскому времени. В момент верхней кульминации звезды γ Кассиопеи на зенитном расстоянии в 9°08' к югу от зенита показание того же хронометра было 19ч17м02с. Экваториальные координаты γ Кассиопеи α = 0ч53м40с и δ = +60°27'. Найти географические координаты экспедиции.

Задача 88. В истинный полдень показание среднего хронометра экспедиции было 11ч41м37с, а в момент приема 12-часового радиосигнала точного времени из Москвы тот же хронометр показал 19ч14м36с. Измеренное зенитное расстояние звезды α Лебедя (δ = +45°06') в верхней кульминации оказалось равным 3°26' к северу от зенита. Определить географические координаты экспедиции, если в день проведения наблюдений уравнение времени равнялось —5м 17с.

Задача 89. В истинный полдень штурман океанского лайнера измерил высоту  Солнца,  оказавшуюся  равной +75°41' при азимуте 0°. В этот момент средний хронометр с поправкой — 16м,2 показывал 14ч12м,9 гринвичского времени. Склонение Солнца, указанное в морском астрономическом ежегоднике, было +23°19', а уравнение времени +2м55с. Какие географические координаты имел лайнер, где и в какие примерно дни года он в это время находился?

Ответы - Практическое определение географических и небесных экваториальных координат

Преобразование небесных координат и систем счета времени. Восход и заход светил

Связь между горизонтальными и экваториальными небесными координатами осуществляется через параллактический треугольник PZM (рис. 3), вершинами которого служат полюс мира Р, зенит Ζ и светило M, а сторонами — дуга ΡΖ небесного меридиана, дуга ΖΜ круга высоты светила и дуга РМ его круга склонения. Оче видно, что ΡΖ=90°—φ, ZM = z = 90°—h и PM=90°—δ, где φ — географическая широта места наблюдения, z — зенитное расстояние, h — высота и δ — склонение светила.

В параллактическом треугольнике угол при зените равен 180°—A, где A — азимут светила, а угол при полюсе мира — часовому углу t того же светила. Тогда горизонтальные координаты вычисляются по формулам

cos z = sin φ · sin δ + cos φ · cos δ · cos t,              (28)

sin z · cos A = - sin δ · cos φ+cos δ · sin φ · cos t,        (29)

sin z · sin A = cos δ · sin t,                                (30)

а экваториальные координаты — по формулам

sin δ = cos z · sin φ — sin z · cos φ · cos A,            (31)

cos δ · cos t = cos z · cos φ+sin z · sin φ · cos A,          (32)

cos δ · sin t=sin z · sin A,                              (30)

причем t = S — α, где α — прямое восхождение светила и S — звездное время.

Рис. 3. Параллактический треугольник

При расчетах необходимо по таблице 3  переводить интервалы звездного времени ΔS в интервалы среднего времени ΔT (или наоборот), а звездное время s0 — в среднюю гринвичскую полночь заданной даты заимствовать из астрономических календарей-ежегодников (в задачах этого раздела значения s0 приводятся).

Пусть некоторое явление в каком-то пункте земной поверхности произошло в момент Τ по принятому там времени. В зависимости от принятой системы счета времени по формулам (19), (20) или (21) находится среднее гринвичское время T0, представляющее собой интервал среднего времени ΔT, протекший с гринвичской полночи (ΔT=T0). Этот интервал по таблице 3 переводится в интервал звездного времени ΔS (т. е. ΔT→ΔS), и тогда в заданный момент T соответствующий среднему гринвичскому времени T0, звездное время в Гринвиче

S0=s0+ΔS,  (33)

а в данном пункте

S = S0+λ,  (14)

где λ — географическая долгота места,

Перевод интервалов звездного времени ΔS в интервалы среднего времени ΔΤ = Τ0 (т. е. ΔS→ΔT) осуществляется по таблице 3 вычитанием поправки.

Моменты времени и азимуты точек восхода и захода светил вычисляются по формулам (28), (29), (30) и (13), в которых принимается z=90°35' (с учетом рефракции ρ = 35').

Найденные значения часового угла и азимута в пределах от 180 до 360° соответствуют восходу светила, а в пределах от 0 до 180° — его заходу.

При вычислениях восхода и захода Солнца учитывается еще его угловой радиус r=16'. Найденные часовые углы t дают моменты по истинному солнечному времени (см. формулу (17), которые но формуле (16) переводятся в моменты среднего времени, а затем — в принятую систему счета.

Моменты восхода и захода всех светил вычисляются с точностью, не превышающей 1м.

Преобразование небесных координат и систем счета времени – Пример 1

В каком направлении был заранее установлен телескоп с фотокамерой для фотографирования солнечного затмения 29 апреля 1976 г., если в пункте с географическими координатами λ=2ч58м,0 и φ = +40°14' середина затмения наступила в 15ч29м,8 по времени, отличающемуся от московского на +1ч? В этот момент экваториальные координаты Солнца: прямое восхождение α=2ч27м,5 и склонение δ= + 14°35'. В среднюю гринвичскую полночь 29 апреля 1976 г. звездное время s0=14ч28м19c.

Данные: пункт наблюдения, λ = 2ч58м,0, φ = +40°14', T=15ч29м,8, Τ—Tм=1ч; s0 = 14ч28м19c = 14ч28м,3; Солнце, α=2ч27м,5, δ = +14°35'.

Решение. В середине затмения московское время Тм = Т—1ч=14ч29м,8, и поэтому среднее гринвичское время T0 = Tм—3ч = 11ч29м,8. С гринвичской полночи прошел интервал времени ΔТ = Т0 = 11ч29м,8, который переводим по таблице 3 в интервал звездного времени ΔS=11ч31м,7, и тогда в момент T0, по формуле (33), звездное время в Гринвиче

S0=s0+ΔS = 14ч28м,3 + 11ч31м,7 = 25ч60м = = 2ч0м,0

а в заданном пункте, по формуле (14), звездное время S = S0+λ=2ч0м,0 + 2ч58м,0 = 4ч58м,0

и, по формуле (13), часовой угол Солнца

t = S—α = 4ч58м, 0—2ч27м, 5 = 2ч30м, 5,

или, переводя по таблице 1, t = 37°37',5 ~ 37°38'. По таблицам тригонометрических функций находим:

sin φ = sin 40°14' = +0,6459,

cos φ = cos 40°14' = +0,7634;

sin δ = sin 14°35' = +0,2518,

cos δ = cos 14°35' = +0,9678;

sin t = sin 37°38' = +0,6106,

cos t = cos 37°38' = +0,7919.

По формуле (28) вычисляем

cos z = 0,6459 · 0,2518 + 0,7634 · 0,9678 · 0,7919 = =  +0,7477

и по таблицам находим z = 41°36' и sin z = +0,6640. Для вычисления азимута используем формулу  (30):

откуда получаем два значения: A = 62°52' и A = 180° — 62°52' = 117°08'. При δ<φ значения A и t не слишком резко отличаются друг от друга и поэтому A=62°52'.

Следовательно, телескоп был направлен в точку неба с горизонтальными координатами A=62°52' и z = 41°36' (или h = + 48°24').

Преобразование небесных координат и систем счета времени - Пример 2

Вычислить азимуты точек и моменты восхода и захода Солнца, а также продолжительность дня и ночи 21 июня 1975 г. в местности с географическими координатами λ=4ч28м,4 и φ = +59°30', находящейся в пятом часовом поясе, если в полдень этого дня склонение Солнца  δ = +23°27', а уравнение времени η = + 1м35с.

Данные: Солнце, δ = +23°27'; η = +1м35с = +1м,6; место, λ=4ч28м,4, φ = 59°30', n = 5.